ontworpen, autonome machines in combinatie met kunstmatige intelligentie zijn al lang een hoofdbestanddeel van sciencefiction, en vaak in de rol van schurk zoals de Cylons in de reboot van "Battlestar Galactica", wezens die zijn samengesteld uit biologische en gemanipuleerde materialen. Maar wat als deze autonome softmachines... behulpzaam zouden zijn?

Dit is de visie van een team van onderzoekers van Penn State en de Amerikaanse luchtmacht, geschetst in een recent artikel in Natuurcommunicatie . Deze onderzoekers produceerden een zachte, mechanisch metamateriaal dat kan 'denken' over hoe krachten erop worden uitgeoefend en daarop kan reageren via geprogrammeerde reacties. Dit platform biedt een groot potentieel voor een verscheidenheid aan toepassingen, van medische behandelingen tot verbetering van het milieu.

"We creëerden zachte, mechanische metamaterialen met flexibele, geleidende polymeernetwerken die alle digitale logische berekeningen kunnen berekenen, " zei Ryan Harne, James F. Will universitair hoofddocent loopbaanontwikkeling, Penn State. "Onze paper rapporteert een manier om besluitvormingsfunctionaliteit te creëren in technische materialen op een manier die toekomstige zachte, autonoom ontwikkelde systemen die zijn uitgerust met de basiselementen van levensvormen, maar die zijn geprogrammeerd om nuttige diensten voor mensen te leveren. Deze kunnen bestaan ​​uit het helpen onderhouden van een duurzame en robuuste infrastructuur, monitoring van lucht- en watergedragen verontreinigingen en ziekteverwekkers, assisteren bij wondgenezing van de patiënt, en meer."

Menselijke denkprocessen zijn gebaseerd op logica, Harne merkt op, wat vergelijkbaar is met Booleaanse logica uit de wiskunde. Deze benadering maakt gebruik van binaire inputs om binaire controle-outputs te verwerken, waarbij alleen "aan" en "uit" sequenties worden gebruikt om alle gedachten en cognities weer te geven. De zachte materialen die het onderzoeksteam creëerde "denken" met behulp van de herconfiguratie van de geleidende polymeernetwerken. mechanische kracht, toegepast op de materialen, verbindt, en maakt opnieuw verbinding met het netwerk.

Met behulp van een laagspanningsingang in de materialen, het onderzoeksteam creëerde een manier voor het zachte materiaal om te beslissen hoe te reageren volgens het uitgangsspanningssignaal van het opnieuw geconfigureerde geleidende polymeernetwerk.

Het soort logica dat Harne en het team gebruiken gaat verder dan pure mechanische logica, wat een manier is om combinaties van bistabiele schakelaars - schakelaars met twee stabiele toestanden - te gebruiken om de "0s" en "1s" van een binaire getallenreeks weer te geven. Ze ontdekten dat wanneer ze pure mechanische logica gebruikten, de onderzoekers kwamen vast te zitten omdat bepaalde logische operaties niet te construeren zijn.

"Je bereikt een punt waarop je niet alle acht logische poorten kunt verwerken, "Zei Harne. "Je kunt er vier verwerken, maar je kunt de laatste vier niet verwerken. We ontdekten de manier om elektrische signalen samen met mechanische signalen op te nemen, waardoor we alle logische poorten kunnen verwerken die worden gebruikt in moderne digitale computers."

De sleutel tot het realiseren van alle logische poorten was de combinatie van het elektrische polymeernetwerk met het zachte, vervormbaar materiaal. De onderzoekers creëerden de logische bewerkingen door gelijktijdig het zachte materiaal en het elektrisch geleidende netwerk opnieuw te configureren.

Dit zorgt er ook voor dat de binaire output in de vorm van elektriciteit is, die nodig is om een ​​bedieningsmechanisme aan te drijven dat het materiaal laat reageren op de uitgeoefende mechanische kracht. Door de combinatie van elektrische en mechanische signalen kan de machine bewegen om uit de weg te gaan of terug te duwen in een bepaalde richting.

Harne en het team willen verder gaan dan een enkel materiaal en iets complexers ontwerpen.

"Ik heb een visie over hoe wetenschappers en ingenieurs kunstmatige levende systemen kunnen creëren die de samenleving helpen, "Zei Harne. "Alles wat je hoeft te doen is alle functies van levensvormen samenbrengen. En als je dat doet, je hebt de bouwstenen van het geconstrueerde leven tot je beschikking."

Hoewel dit allemaal sciencefiction lijkt, Harne gelooft dat het een enorm potentieel heeft.

"Het is een beetje sci-fi, Ik moet wel toegeven dat, en ik zal zeggen, Ik heb collega's laten denken dat ik een beetje gek ben, "Zei Harne. "Maar als wij als ingenieurs en wetenschappers alle dingen begrijpen waaruit het leven bestaat, waarom proberen we geen kunstmatige levende wezens te maken die mensen kunnen helpen?"